Quang học, Khúc xạ
và
Kính tiếp xúc

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI


MỤC
LỤC
■
■
Trang
Quang lí học..........................................

10

Lí thuyết sóng...............................................................................................10
Tính chất hạt (photon) của ánh sáng.............................................................13
Sự giao thoa và đồng pha............................................................................ 14
ứng dụng của sự giao thoa và sự đồng pha............................................. 15
Sự phân cực.................................................................................................. 17
ứng dụng của sự phân cực................................................ .................17
Sự nhiễu xạ................................................................................................... 18
Sự tán x ạ ................................................. ;.......................... .....................20
Sự phản xạ ...................................................................................................20
Sự truyền và sự hấp thụ................................................................................ 22
Sự chiếu sáng............................................................................................... 22
Những kiến thức cơ bản về laser................................................................... 23
Các tính chất của ánh sáng laser.......................................................... 23
Các yếu tố của laser.............................................................................27
Các nguồn laser....................................................................................30

Tương tác laser- mô................................................................................31
Quang hình học.............................................................................................. 34
Sự tạo ảnh qua lỗ nhỏ................................................................................... 34
Sự tạo ảnh qua thấu kính và gương.............................................................. 35
Những tính chất của ảnh............................................................................... 38
Độ phóng đại ngang................................................ ...............4 ............38
Vị trí ảnh....................................................................................... ....... 41
Độ sâu tiêu điểm.................................................................................... 42
Chất lượng ảnh.......................................................................................43
Độ sáng và độ chiếu xạ......................... ................................................. 46
Gác tính chất khác.............................................................................. ,...46
Sự truyền lan ánh sáng................................................................................. 46
Môi trường quang học và chiết suất........................................................ 46
Định luật của sự truyền thẳng ánh sáng........... ỉ .................................... 48
Mặt phân cách quang học...................................................... ...............48
Sự phản xạ gương: địnhluật phản xạ .................... ..................................49

3


Sự truyền dỗn gương: định luật khúc xạ................................................ . .SI
Sự tới vuông g ó c .............. *......................*.............*...............................
Sự phản xạ trong toàn phần......... ............................................................... 53
Sự phản xạ và khúc xạ ồ các mặt cong................................................ ......56
Nguyên lí Fermat............................. *........................................................... 57
ảnh điểm bằng một mặt khúc xạ đơn.......................................................................................... 58

Tạo

Quang học bậc m ột.............. .....................*........................................................61

Phép xấp xì thứ nhất: bỏ qua chất lượng ảnh..............................................62
Phép xấp xỉ gần trụ c ............................. *.............................................. ......62
Phép xấp xĩ góc nhỏ.................. ..................................................................64
Phương trình của người làm kính..................................................................66
Độ tụ và độ tụ qui giảm................................................................................69
Độ phóng đại ngang của một mặt khúc xạ cầu đơn................................... 71
Phép xấp xì của thấu kính mỏng.............................................................. ...72
Hệ thấu kính phối hợp................................................................................. 73
Ảnh ảo và vật ả o ......................................................................................... 74
Thấu kính âm mỏng.................................................................................... 76
Vật và ảnh ở vô cực.................................................................................. ...77
Tiêu điểm và tiêu diện................................................................. ............... 78
Mặt phẳng chính và điểm chính.................................................................. 80
Xác định tính chất của ảnh bằng dựng hình................................................ 80
Thấu kính dày..............................................................................................87
Tiêu cự........................................................................................................ 88
Phép rút gọn Gauss.................................................................................... 89
Định luật Knapp, nguyên lí Badal, và máy đo số kính................................. 89
Hệ vô tiêu.................................................................................................... 91
Lăng kính nhãn khoa..........................................................................................93
Bản hai mặt song song.............................................................................. 94
Góc lệch..................................................................................................... 94
Đỉốp lăng kính............................................................................................. 94
Sự di lệch ảnh do lăng kính......................................... ............................... 96
Hiệu ứhg lăng kính của thấu kính (qui tắc Prentice).................... ............... 97
Phép cộng vectơ của lăng kính...................................................................98
Quang sai do lăng kính................................. ............................................ 99
Lăng kính Fresnel................. ...................................................................... 99
Gương...........................................
................. .... .... .............. ..,....,..100

Năng suất phản x ạ ........ ..................................... .... ......tr...... .......lồ........100
Sự đảo ngược không gian ả nh ................................................................
Tia trung tâm của gương......... ......... .....
....,..i.
.....
Tính độ tụ ........... ....... .............. ứ ư drtì............ m m ề...... .
......... 102

4


Quang s a i................................................................................................................103
Cầu s a i............................................................................................................ 103
Loạn thị đều.....................................................................................................104
Loạn thị không đểu......................................................................................... 111
Loạn thị không đều và phương pháp phân tích mặt só ng ...................................111
Mắt người là một hệ quang h ọc.............................................................................. 122
Con mắt giản đồ và con mắt rút gọn....................................................................122
Kích thước đồng tử và ảnh hưởng đối với độ phân giải của mắt.........................125
Thị lực................................................ ......... ..........................................................126
Các thuật ngữ vể chức năng thị giác............................................................ 126
Đo thị lực trên lâm sà n g ................................................................................128
Độ nhạy tương phản và hàm độ nhạy cảm tương p h ả n ............................. 129
Các hiện tượng nội nhãn......................................................................................134
Các tình trạng khúc xạ của mắt: chính thị và bất chính th ị..................................135
Cận th ị............................................................................................................136
Viễn th ị......................................................................................................
Loạn thị.......................................................................................................y 3 7 )
Khúc xạ 2 mắt không đều, chênh lệch ảnh võng mạc, một mắt không TTT....138
Khúc xạ 2 mắt không đ ề u ............................................................................ 138

Chênh lệch ảnh võng mạc .......................................................................... 138
Một mắt không thể thuỷ tinh......................................................................... 139
Điều tiế t................................................................................................................139
Thuật ngữ về điều tiết................................................................................... 139
Tl lệ tật khúc x ạ ....................................................................................................140
Phí tổn về mặt xã hội do tật khúc x ạ ....................................................................141
Các yếu tố quyết định khúc x ạ .............................................................................141
Sự chính thị hoá....................................................................................................141
Cận th ị..... ............................................................................................................ 142
Tuổi xuất hiện cận th ị................................................................................... 143
Căn nguyên của cận th ị..............................................................................
Các mô hình phát triển của tật khúc xạ............................................................ .
IV.

Đo khúc xạ trên lâm sàng..................................................................................... 145
Đo khúc xạ khách quan: Soi bóng đổng tử .........................................................145
Tư thế và hướng đ o ...................................................................................... 146
Định thị và làm giãn điều tiết........................................................................147
Bóng đổng tử................................................................................................ 147
Kính điểu chình...................................................................ầâ................... 149
Tìm điểm trung hoà......................................................................................150


Soi bóng đổng tử trong loạn thị đều........
Bóng đổng tử khốc thường....

...................
........................................ *

Tóm tắt kĩ thuật soi bóng đổng tử

■

Đo khúc xạ chủ quan........ ............... j ........ ......
Phương pháp dùng mặt đống hổ loạn thị Itmtmnmn

m

155

' 4ẾÊ
....................................

Phương pháp dùng kính trụ chéo J í 0k8ớ
f i ...................................188
Tinh chinh kính cẩu
...... -............ i i i i ỉ i ỉỉ ỉ rittuĩ y.................. ,.,...,..„.„,161
Cân bằng 2 mắt............. ..............................................................................
Đo khúc xạ có liệt đỉâu t i ế t và không llột đléu tỉết (khúc xạ biểu hiện)..............163
Đo khúc xạ qua kính đang đ e o ........ .........."

....................... .........163

Điều chỉnh tật khúc xạ bằng kính gọng......
................................. 165
Kính cầu và khái niệm viển điểm ....... ..........................................................165
Khoảng cách đ ỉn h ............ ............................................................................ 166
Kính trụ và khái niệm viền đlổm......... ..........................................................166
Cho kính ở trẻ em .................................. .............................................................. 168
Tật cận thị................... .................................................................................. 168
Tật viễn thị................................... ................................... ........................ 169

Khúc xạ 2 mắt không đ ề u ........... ............................................................ 169
N hữ ng vấn

đ é

đ iề u

tiố t lâ m

s ồ n g ......................... .......... Ì H I I I I I I M I K M M ........... ..................................................1 6 9

Lão thị..... ...................................................................................................... 169
Thiểu năng đỉéu tiết...................... ................................................................ 170
Điều tiết quá độ ............................n u , u u m n n , , , , .............................................. 170
Tĩ số qui tụ điéu tiếưđỉéu tiết (AC/A) ........ ......................... ................... 171
Ảnh hưởng của kính gọng vàKTX đối VỚI điếu tiết và qui tụ.................... 172
Cho kính đa tiê u .............................. ...................................................................172
Xác định công suất kính nhìn gẩn
.................. .....172
Qui tắc Prentice và dạng kính 2 tíêll ............................................................177
Nghể nghiệp và kính đọc sách.........II...................................................... 184
Một số loại kính đặc biệt........................... ............................................. ......... 185
Kính cho mắt không th í thuỳ tinh.......... ......................................................185
Các loại kính hấp thụ ánh sáng..........
.................................................. 186
Các loại kính chất HẬU đặc biệt....................................................................189
Dùng lăng kính đổ điều t r ị.................. 61ViIf ffffIf f191....................................... 190
Song thị một m ắt............................ ............................................... *................ 192
V.


Kính tiếp xúc........................ ...................... ............................ ............. ............ 193
Những đặc điểm quang học quan trọng lầm §ềfí| sủa K T X ........................... 194
Thị trưởng................ ............... „ „ „ „ .........................................................194
Kính thước ả nh ............................... .............................i ........................... 194
Điều tỉố t....................................... ........................................................... 196

8


Yêu cầu qui t ụ ...............................................................................................197
Thấu kính nước mắt....................................................................................... 197
Điều chỉnh loạn thị......................................................................................... 199
Điều chình lãò thị ở người mang KTX..................................................................199
Điều chỉnh một mắt ......................................................................................199
Kính tiếp xúc 2 tiêu luân phiên....................................................................200
Kính tiếp xúc 2 tiêu.......... .............................................................................201
Sinh lí bệnh học giác mạc mang KTX................................................................. 201
KTX cứng giác m ạc..............................................................................................202
Các polyme................................................................................................... 202
Các tham số và các dạng của KTX................................. ............................ 203
Nguyên tắc lắp đặt kính RGP.......................................................................206
Địa hình giác mạc trong lắp đặt KTX.......................................................... 208
Quan hệ lắp đặt của KTX và giác mạc.................................................... 209
Đặt kính thử................ ............................................................................... 213
Cap kính R G P ........................................................................................... 214
Thay kính RGP ở người dùng kínhPMMA lâu ngày.................................. 214
Chỉnh giác mạc bằng KTX ...................................................................... 214
Những phản ứng có hại của kính RGP........................................................ 215
Chống chỉ định của KTX..............................................................................216
KTX mềm"........ .................................................................................................216

Các polyme hydrogel................................................................................216
Sản xuất kính............................................................................................. 217
Nguyên tắc lắp đặt kính......................................... ......................................217
Đặt lâi KTX mềm ở người đang đeo KTX cứng........................................... 218
Điều chỉnh loạn thị bằng KTX mềm............................................................ 219
Những phản ứng có hại của KTX mềm.................................................... 219
KTX mềm kị nước.............. .................................................................................221
Tác dụng điều trị và phục hổi của KTX..............................................................221
Kính băng giác mạc..................................................................................... 221
Giác mạc hình chóp....................... ............................................................ 222
Mắt không có thể thuỷ tinh...... ................................................................... 225
Đặt KTX sau các phẫu thuật khúc xạ giác mạc......................................... 225
KTX củng mạc thấm khí........................................................................... 225
VI.

Kính nội n h ã n .................................................................................... ...................................229

Các loại ỈOL.................................................................... ....................................229
IOL tiền phòng.............................................................................................230
ỈOL hậu phòng............................................................................................. 231
Những vấn đề quang học của IOL........... ...................................... ị................231
Sự phóng đại ảnh..................................................................................... 231
7


Lựa chọn công suất IOL.....................................................................

232

Các tiêu chuẩn IOL...........................................................................................236

IOL đa tiêu........................................................................................................236
Các loại IOL đa tiêu...................................................................................237
Kết quả lâm sàng của IOL đa tiêu.....................................................
239
v».

Một số vấn đề quang học trong phẫu thuật khúc xạ......................................... 241
Loạn thị không đều....................................................................................... 243

VIII.

IX.

Các phương pháp đánh giá và hỗ trợ bệnh nhân khiếm th ị......................

244

Nguyên lí và mục tiêu của phục hổi chức năng.......................................
Nguyên lí của phục hồi chức năng...................................................
Mục tiêu của phục hổi chức năng.....................................................

244
244
246

Hiểu rõ tổn hại thị giác của bệnh nhân.....................................................
Đánh giá tổn hại thị giác chủ quan..................................................
Đánh giá tổn hại thị giác khách quan.............................................

246

246
251

Các biện pháp trợ th ị ............................................................V .........................................................................
Dụng cụ trợ thị quang học...............................................................
Dụng cụ trợ thị không quang học..................................................
Trợ giúp ngoài thị giác....................................................................
Một số vấn đề của khiếm thị ở trẻ em ................................................
Trẻ nhỏ.......................................................................................
Trẻ trước tuổi đi học.....................................................................
Trẻ ở tuổi đi học..........................................................................
Thanh thiếu niên.......................... ................................................

257
257
262
262
262
263
263
263
263

Giảm nhẹ tàn tật thị giác........................................................................
Vấn đề động lực...........................................................................
Tận dụng tối đa thị lực còn lạ i.....................................................
Cải thiện môi trường.........................................................................
Các nhân viên phục hổi chức năng thị giác...............................

264

264
264
265
265

Kính viễn vọng và dụng cụ quang học...............................................................267
Máy soi đáy mắt trực tiếp............................................................................. 267
Máy soi đáy mắt gián tiếp.............................................................. ;............... 270
Chiếu sáng đáy m ắt................................................................................. 270
Tạo thành ảnh không gian............................................................... ...... 271
Duy trì liên hợp 2 đổng tử......................................................................... 271
Nguồn sáng..............................................................................................273
Quan sát 2 mắt................................................ *............ ị ....................... 273
Máy chụp ảnh đáy mắt...............................................—
8

.... ...... 274


Máy sinh hiển vi đèn khe........

Kính thỉôn vôn...........
Lâng kính đảo hình...........

.......................................... ......”
n
................................................................................................

Kính viễn vọng Galỉleo...... "
Vật kính .....................


*

..........

277

mm
2 7 9

.........................279
281

Hộ thòng chiếu sáng.........
Hộ thống quan sát 2 mắt..... *

281
282

Kính soí đáy mát với đèn kh e .......

282

Nhân áp kế đè dẹt Goldmann................

288

Máy đo độ dày giác m ạc.....................

292


Kỉnh hiển vi phản gương....... ..............

292

Kính hiển vi phẫu thuật...... ....................

295

Giác mạc k ế ..........................................

297

Máy ghi địa hình giốc mạc.................................................................................302
Máy đo số kính chinh tay................................................................. .................304
Đo tròng kính đọc sách.................... ........................................................ 305
Máy đo số kính tự động.....................................................................................307
Sỉêu ảm chấn đoán........................................................................................ 308
Đo Khúc xạ tự động........................................................................................ 312
Đo chức năng hoàng điểm ................................................................ ............315
Giao thoa kể la s e r....................................................................................315
Tiềm thị lực k ế ...........................................................................................315
Đ oloổ ................. ............................................................................................. 317
Đường lối chung khỉ cho kính trụ ............................................................................... 319
Cảu hòi.................................................. 1................................................................. 335
Giải đáp............................ ................. ....................................................................... 343


CHƯƠNG I


Quang lí học
Ánh sáng là gì? Câu hỏi này đã trỏ thành một vấn đề được tranh luận sôỉ nổi trong
nhíéu thế ki Một bôn là những người ủng hộ lí thuyết sóng, do Christian Huygens
đưa ra đáu tién, sau đó được phát triển bởi Young và Maxvvell. Đối lập với trường
phái náy là những người bảo vệ lí thuyết hạt, do Nevvton đưa ra và được Planck ủng
hộ, Tuy nhíôn, cuối cùng cả 2 thuyết này đều cán thiết để giải thích tất cả các hỉộn
tượng lỉén quan đến ánh sáng. Môn cơ học lượng tử sinh ra từ thuyết lượng tử của
Planck đã giải thích thành còng bản chất 2 mặt của ánh sáng nhờ nhận thức rõ cả
tính chất hạt và tính chắt sóng của ánh sáng.
Ngày nay, sự mô tả các hiộn tượng quang học được phân chia thành các lĩnh
vực quang lí học, quang hình học, và quang học ỉượng tử. Quang lí học mô tả
những hỉện tượng cố thể dẻ hiểu nhất dựa vào những tính chất sóng của ánh sáng.
Quang hình học quan niộm ánh sáng bao gổm các tia và đề cập đến những tính
chát của ảnh qua thấu kính và gương. Quang học lượng tử nói vể tương tác giữa
ánh sáng và vật chát và, như tên gọi của nó, cho rằng ánh sảng cố tính chấỉ sóng
và tính chất hạt (photon).
Tôm Ịạỉ, ảnh sảng thể hiện như một sông khi nó đi qua không khí, chân không,
hoặc cảc chất trong suốt. Ảnh sáng thể hiện một số tính chất của hạt (photon) khi
nố đuợc sinh ra hoặc bị hấp thụ. Mồ hình tia là một phương pháp đđn giản hoá để
mò tả sự truyển lan ánh sáng. Mặc dù mô hình tia bỏ qua ảnh hưỏng của nhiểu xạ
và những hiện tượng quang lí học khác, nó vẫn là một phương pháp giá trị cho các
phẻp tỉnh liên quan đến thấu kính và ảnh.
Chúng ta chủ yếu quan tâm đến sự truyền ánh sáng qua các môi trường, bao
gổm các mô trong suốt của mắt, vi vậy phán này sẽ tập trung vào những mô tả vé
sóng và tia của ánh sáng, chỉ đôi chỗ đé cập đến tính chất hạt của ánh sáng.
Lí thuyết sóng
Sổng nước lả một hiện tượng tương tự giúp hiểu được sóng ánh sáng. Khi một sóng
đi chuyển trên mặt nước, các phán tử ở bể mặt xê dịch lên xuống khỉ sóng đi qua.
nhũhg chủng không di chuyển cùng với sóng. Trong trường hdp ánh sáng, Khỏnỡ
có vật chất náo đi chuyển khi sóng truyền qua, đúng hơn là điện trường tại l H

điểm tăng lên, giảm xuống, và đảo hướng khi sóng đi qua (Hình 1-1). Điện tniởng
luôn luôn vuông gốc vởi hướng truyén sóng.


Hướng truyền

Hình 1-1 - Hình biểu diễn một sóng ánh sáng. 1 là ánh sáng tại một thời điểm; 2 là sóng
sau một khoảng thời gian ngắn, sau khi nó di chuyển sang phải một phần bước sóng.
Bưóc sóng (X) là khoảng cách giữa các đỉnh sóng. Điện trường (E) tại một thời điểm
được biểu diễn bằng một nét liền cho sóng 1 và bằng nét đút quãng cho sóng 2. Biên độ
sóng (A) là giá trị cực đại của điện trường.

Hình I-2 - Điện trường luôn đổng hành từ trường ỏ mọi sóng điện từ. Từ trường (H) bao
giờ cũng vuông góc với điện trường.

11


Hai đặc trưng chủ yếu của sóng (Hình 1-1) là bước sóng (X) và biên độ (Ạ)
Bước sóng ỉà khoảng cách giữa 2 đỉnh sóng. Biên độ là giá trị cực đại mà điệp
trường đạt được khi sóng truyền đi, nó xác định cường độ sóng. Đặc trưng thứ ba
của sóng (không thể hiện trong hình 1-1) là tổn số, tức là số đĩnh sóng đi qua một
điểm cố định trong một giây.
Ngoài điện trường, sóng ánh sáng còn có từ trường, nó tăng và giảm cùng vớí
điện trường. Trong hình ỉ-2, từ trường (H) vuông góc với hướng truyền ánh sáng và
điện trường. Từ trường không quan trọng bằng điện trường và thường bị bỏ qua
trong các mô tả vể sóng ánh sáng.

Tầnsế
Hỉ


m
«0*
10»
•0«
10»
■0»
m

Khoảng cách
bưđc sổng

K)ir

lõ'*
101«

Inm
Ik

■625
580
- 550

'5 * H ẩ n g ngoạỉ

lOt^iạLỊcbộn^nh^thạ 6000
10' Tửogoai.-

■480


•O"1 Tia X

10-H

«0*0

10*'
10**
10*3
10*4
•0*8

dài

10»
10*
io7
10*-----------10*
l/xm

Nhìn thấy
760

5 * d a o động đ i ệ n
10*
10"
»0**
10*
10"

10*0 s ố n g H e r t z

tQậ

10»
lõ10
10"
10*
10«
10«
tõ'ft
10«

Quang học

Tỉagama

I X đơn vị tía

-425

10'*

iQ-e Tia vO trụ

ỈQ-*

. 380

-325


-270

-215

Jl60

Hình 1-3 - Phổ điện từ.


Hình 1-3 minh hoạ phổ sóng đíộn từ, trong đó có một phần rất nhỏ thuộc về ánh
sáng nhìn thấy. Thuật ngữ ốnh sáng dùng để chĩ phẩn nhìn thấy của phổ sóng điện
từ, nhưng nó cũng có thể được dùng cho phần bức xạ hồng ngoại và phần gần tử
ngoại của quang phổ. Giới hạn của vùng ánh sáng nhìn thấy thường không rõ ràng
mặc dù thường được xác định là 400-700 (nm). Trong một số điều kiện nhất định,
độ nhạy cảm của mắt có thể mở rộng tới vùng hồng ngoại và tử ngoại. Thí dụ ở mắt
không thể thuỷ tinh (không còn khả năng hấp thụ tia tử ngoại của thể thuỷ tỉnh)
võng mạc có khả năng phát hiện các bước sóng dưới 400 nm. Tia X cũng gây ra
một đáp ứng ở võng mạc, nhưng những sóng này không được hội tụ bởi các thành
phần quang học của mắt.
Tốc độ ánh sáng (c) trong chân không ià một trong những hằng số căn bản
của tự nhiên, nó gần chính xác bằng 3,00 X 1010 cm/giây. Bước sóng (X) của một
sóng ánh sáng quan hệ với tần số (u) theo phương trình:
Xu = c
Khi ánh sáng đi qua bất kì môi trường trong suốt nào khác chân không, tốc độ
của nó (v) giảm đi. Chiết suất (n) của môi trường được xác định bằng tì số:
n ■ c/v
Tần số (u) của sóng không thay đổi khi đi qua một môi trường trong suốt,
nhưng bước sóng (km) trở thành ngắn hdn, do bị chi phối bởi hệ thức:
=n


Tính chất hạt (photon) của ánh sáng
Khi ánh sáng tương tác với vật chất, các lượng tử riêng lẻ của năng lượng (các
photon) được phát ra hoặc hấp thụ. Lượng năng lượng (E) của mỗi photon được
tính bằng công thức:
E = hu
trong đỏ u là tần số của sóng ánh sáng và h là hằng số Planck: 6,626 X 10'34J/giây.
Do tần số của ánh sáng màu lam ỉớn hơrì tần số của ánh sáng đỏ (Hình I-3), do đó
một photon của ánh sáng màu lam có năng lượng lớn hơn một photon của ánh
sáng đỏ.
Việc dùng íluorescein trong chẩn đoán là một ứng dụng thực tiễn của nguyên lí
này. Thí dụ, một photon của ánh sáng màu lam được hấp thụ bởi một phân tử
ĩluorescein riêng lẻ. Khỉ phân tử này lại phát sáng (phát huỳnh quang), photon
được phát ra có năng lượng thấp hdn, nằm ở phần vàng-lục của quang phổ. Năng
lượng còn lại được chuyển thành nhiệt hoặc hoá năng. Thông thường, ánh sáng
huỳnh quang có bước sóng dài hơn ánh sáng kích thích.

13


Tính 2 mặt hạt-sóng còn mở rộng ra các khái niệm cơ bản khác. Thí dụ, điện tử
thể hiện tính chất sóng với bước sóng ngắn hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng.
Do ảnh hưởng nhiễu xạ bị giảm nhiều ở các bước sóng ngắn (xem phần Nhiễu xạ)
nên kính hiển vi điện tử có thể đạt được độ phân giải cực cao.
Sự giao thoa và đồng pha
Sự giao thoa (interíerence) xảy ra khi 2 sóng ánh sáng phát ra từ cùng một nguồn
tiếp xúc với nhau. Giao thoa dễ xảy ra nhất với ánh sáng đơn sắc, tức là ánh sáng
nằm trong một dải bước sóng hẹp. Nhưng cũng có thể có giao thoa với ánh sáng
trắng trong những điều kiện tối ưu.
Trong hình 1-4 các đường cong là các đỉnh sóng ở một thời điểm. Nơi các đỉnh

sóng trùng nhau (thí dụ tại điểm A) sẽ sinh ra cường độ tối đa, vì năng lượng của
trường điện từ cộng nhau (giao thoa tăng). Ndi đỉnh của một sóng trùng với chân
của một sóng khác (B), 2 trường điện từ sẽ tiêu huỷ lẫn nhau và tạo ra cường độ tối
thiểu (giao thoa giảm). Nếu 2 sóng có biên độ bằng nhau, giao thoa giảm là hoàn
toàn và cường độ sáng sẽ bằng 0. Do đó, trên màn hình sẽ xuất hiện một loạt các
băng sáng và băng tối tương ứng với các vùng giao thoa tăng và giao thoa giảm
(Hình 1-4).

Màn chắn
(nhln nghiêng)

Màn chắn

-Khe

*(Bjrối thiểu


Hình 1-4- Sự giao thoa. A: giao thoa tăng, B: giao thoa giảm.

14


Thuật ngữ đồng pha (coherence) dùng để chĩ khả năng sính ra giao thoa của 2
chùm sáng hoặc các phần khác nhau của cùng một chùm sáng. Đổng pha không
gian (hoặc đổng pha ngang) là khả năng sinh giao thoa của 2 phần tách biệt của
cùng một sóng (P và Q trong Hình 1-4). Đổng pha thời gian (hoặc đổng pha dọc) là
khả năng của một sóng thuộc một chùm sáng giao thoa với một sóng khác của

cùng chùm sáng đó (P và R). Một nguồn sáng trắng rộng có độ đổng pha gần
bằng không. Tuy nhiên, nếu ánh sáng đi qua một khe hẹp (như trong Hình 1-4), độ
đồng pha không gian giữa p và Q tăng lên, tiến tới giá trị 1 khi khe sáng tiến tới độ
rộng bằng 0. Đồng pha thời gian được cải thiện khi dùng một kính lọc để chọn một
giải bước sóng hẹp. Ánh sáng laser có độ đồng pha cao. Hầu hết các laser khí đạt
tới độ đồng pha thời gian hoàn hảo, nghĩa là có thể làm cho một phần chùm sáng
giao thoa với một phần muộn hơn rất nhiều của chùm sáng đó.
ứng dụng của sự giao thoa và sự đổng pha
Sự giao thoa do độ đồng pha cao của ánh sáng laser có thể dẫn đến những vấn đề
hệ trọng trong một số ứng dụng của ỉaser. Thí dụ ảnh tạo ra bởi ánh sáng laser
thường bị chồng lên bởi một hình lốm đốm. Tuy nhiên, hiệu ứng giao thoa cũng có
thể có tác dụng thiết thực, chẳng hạn phương pháp đo giao thoa laser Ụaser
iríteiierometry) để đánh giá chức năng võng mạc ở mắt đục thể thuỷ tinh: một chùm
tia laser được tách làm đôi, 2 chùm tia này đi qua 2 bờ đối diện của đồng tử. Nơi 2
chùm tia lại chồng lên nhau ở võng mạc sẽ tạo thành những vân giao thoa, ngay cả
khi các chùm tia này đã bị tán xạ bởi thể thuỷ tinh đục.
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của sự giao thoa là màng chống
phản xạ (Hình I-5) và kính lọc giao thoa (Hình I-6). Nếu 2 chùm sáng phản xạ trong
hình I-5 có biên độ bằng nhau nhưng lệch pha đúng nửa bước sóng thì giao thoa
giảm sinh ra sẽ làm cho các chùm sáng triệt tiêu lẫn nhau, do đó ngăn chặn sự
phản xạ. Màng chống phản xạ hiện đại gồm có nhiều lớp mỏng chất liệu trong suốt
chỉ phản xạ một vài phần mười của một phần trăm phổ nhìn thấy. Các màng này
được sản xuất bằng cách làm cho chất liệu bốc hơi trong một buồng chân không và
lắng đọng trên mặt kính.
Kính lọc giao thoa (Hình I-6) có cấu tạo để cho các tia kế tiếp truyền qua kính
lọc hoàn toàn hợp pha, do đó sinh ra giao thoa tăng. Điều kiện này chỉ áp dụng cho
một bước sóng, do đó kính lọc chỉ truyền bước sóng đó và một dải hẹp của các
bước sóng ở 2 bên. Các bước sóng khác bị phản xạ bởi kính íọc giao thoa. Các lớp
phản xạ có thể là những màng kim loại mỏng chẳng hạn bạc hoặc nhômm nhưng
thông thường là gồm nhiều lớp mỏng chất liệu trong suốt, độ dày mỗi lớp được lựa

chọn để tạo ra năng suất phản xạ mong muốn.
Các lớp mỏng còn được thiết kế để cho sự truyền (hoặc phản xạ) có những đặc
tính của một kính lọc ngưỡng đột ngột (Sharp cutoff tilter). Thí dụ, cái gọi là gương
lạnh có một lớp phủ nhiều lớp để phản xạ ánh sáng (lạnh) nhìn thấy và truyền các

15


Nền kính
Màng mỏng
độ dày bằng
í l/4bưđc sóng

Sóng phản xạ
tờ nền kính

Giao thoa huỷ
đạt cường độ 0
Sóng phản xạ
từ mặt màng mỏng

Hình 1-5 - Giao thoa giảm bỏi một màng chống phản xạ.

Tổng

Hình 1-6 - Kính lọc giao thoa chỉ truyền bước sóng tạo bởi các sóng phản xạ trong
hợp pha với nhau.


bước sóng hồng ngoại. Kính lọc kích thích dùng trong chụp mạch huỳnh

quang cho phép các bước sóng ngắn (dưới 500 nm) đi qua để làm fỉuorescein phát
quang. Kính lọc chắn dùng trong máy chụp ảnh đáy mắt chỉ cho qua các bước
sóng dài (trên 500 nm). Do đó, phim nhận được bức xạ huỳnh quang nhưng toàn
bộ ánh sáng kích thích bị loại trừ.
Sự phân cực
Mắt người không cảm nhận được ánh sáng phân cực, trừ hiện tượng chổi Haidinger
(được trình bày ở phần sau). Tuy nhiên, sự phân cực có nhiều ứng dụng trong khoa
học thị giác và nhãn khoa như chúng ta sẽ thấy.
Một minh hoạ tốt của sự phân cực là một sợi dây thừhg căng một đầu được
quất lên xuống. Sóng sẽ truyền như một dao động lên xuống dọc theo chiểu dài
của sợi dây. Ánh sáng phân cực thẳng (plane-polarized hoặc linearỉy polarized)
bao gồm tất cả những sóng có điện trường ở cùng một mặt phẳng.
Cũng có thể quay một đẩu sợi dây thừng theo chuyển động tròn. Sóng lúc này
sẽ di chuyển dọc theo sợi dây dưới dạng dao động tròn. Tương tự, ở ánh sáng phân
cực tròn, điện trường ở bất kì điểm nào cũng quay nhanh. Ở ánh sáng phân cực
elip, điện trường vừa quay vừa thay đổi biên độ nhanh khi sóng đi qua.
Anh sáng không phân cực gồm một hỗn hợp ngẫu nhiên các chùm phân cực
thẳng. Sự phân cực một phần, như tên gọi của nó, tạo ra một hỗn hợp ánh sáng
không phân cực và ánh sáng phân cực (thẳng, tròn, hoặc elip).
Một cách để tạo ra ánh sáng phân cực thẳng là cho một chùm sáng không
phân cực đi qua một kính lọc phân cực (thí dụ một lá chất dẻo), tương tự việc luồn
sợi dây thừng rung qua một hàng rào chắn để cho chỉ có rung động lên xuống được
truyền qua. Một số kim loại, đặc biệt là calxit, có thể dùng để phân cực ánh sáng.
Như sẽ thấy ở phần sau, sự phản xạ cũng có thể gây phân cực toàn phần hoặc một
phần. Thậm chí bầu trời cũng có vai trò như một kính phân cực nhờ đặc tính gây
tán xạ của các phân tử không khí.
ứng dụng của sự phân cực
Hiện tượng chổi Haidinger có thể được minh hoạ trên lâm sàng bằng cách xoay liên
tục một kính phân cực ở trước một trường màu lam đồng nhất. Người bình thường
sẽ nhìn thấy một cấu trúc xoay giống như một chổi 2 đầu hoặc một cái chong

chóng. Hiện tượng này dùng để khu trú hoàng điểm khi khám cảm thụ thị giác và
để đánh giá tình trạng của lớp sợi thần kinh Henle ở hoàng điểm.
Kính râm phân cực đôi khi dùng để làm giảm loá mắt do ánh nắng phản xạ. Thí

dụ, khi đi bơi thuyền, ánh nắng phản xạ từ mặt nước bị phân cực một phần. Do
phân cực ngang là chủ yếu (Hình 1-8) nên kính râm được chế tạo để chĩ cho ánh
sáng phân cực dọc đi qua. Tương tự, khi lái xe thì ánh sáng phản xạ từ mặt đường

17


và từ mặt sơn hoặc mặt kính của các xe khác cũng phân cực một phẩn, thường là
phân cực ngang.
Một số chất liệu, như kính hoặc chất dẻo, khi bị tác dụng ứng suất sẽ thay đổi
trạng thái của ánh sáng phân cực. Thí dụ một thấu kính nhãn khoa được xử lí nhiệt
sẽ cho một hình đặc biệt khỉ đặt giữa các tấm phân cực chéo. Những người đeo
kính râm phân cực có thể nhìn thấy những hình phân bố ứng suất ở cửa kính hoặc
cửa kính sau của xe hơi.
Ảnh sáng phân cực được sử dụng trong một số dụng cụ nhãn khoa để loại trừ
ánh phản chiếu mạnh từ giác mạc. Người khám nhìn qua một kính phân cực đặt
vuông góc với phân cực của ánh sáng tới mắt được khám. Kính phân cực loại trừ
ánh sáng phản gương từ giác mạc nhưng lại cho qua một phần ánh sáng phản xạ
toả lan từ võng mạc.
Bảng thị lực dùng ánh sáng phân cực đặc biệt hữu ích bởi vì có thể thử từng
mắt trong khi bệnh nhân nhìn bằng 2 mắt qua một cặp kính phân cực đặc biệt. Thí
dụ các chữ luân phiên trong bảng Snellen có thể được phân cực 90° so với nhau,
do đó được nhìn bằng từng mắt riêng rẽ. Các bảng khác cũng rất giá trị để khám
chức năng 2 mắt hoặc các bất thường như khám phù thị, khác biệt định thị, và
chênh lệch ảnh võng mạc 2 mắt.
Sự nhiễu xạ

Tất cả các sóng đều có thể bị nhiễu xạ khi gặp một vật cản, một lỗ nhỏ, hoặc một
bất đồng đều ở môi trường. Sự nhiễu xạ làm thay đổi hướng của sóng. Trong
trường hợp ánh sáng, điều này tương ứng với sự đổi hướng tia sáng. Bước sóng
càng ngắn thì sự đổi hướng càng ít.
Nhiễu xạ ít khi đdn độc mà thường phối hợp với các ảnh hưởng khác như giao
thoa hoặc khúc xạ. Một thí dụ trong đó nhiễu xạ chiếm ưu thế là trong các vệt sáng
được nhìn qua kính chắn gió xe hơi đã được cái gạt nước quét qua lại nhiếu lần.
Mỗi vệt nhỏ trên kính làm cho ánh sáng nhiễu xạ ở các hướng vuông góc với vệt,
tức là ở một mặt phẳng của các tia trực giao vối rãnh nhiễu xạ. Một thí dụ khác là
hình của một đèn sáng ở xa nhìn thấy qua một tấm màn mỏng, ở đây nhiễu xạ
cũng ở hướng vuông góc với chất liệu gây nhiễu xạ, trong trường hợp này là các sợi
vải. Với chất liệu vải dệt chéo thì nhìn thấy một dãy chấm sáng. Ở đây, nhiễu xạ lẫn
lộn với giao thoa, tạo ra những chấm sáng rời rạc hơn là những vệt liên tục.
Nhiễu xạ tạo ra một giới hạn cho thị lực khi kích thước đồng tử nhỏ hơn 2,5 mm
(đối với mắt chính thị). Ảnh của một nguồn sáng nhỏ ở xa tạo thành trên võng mạc
có dạng những vòng sáng và tối đổng tâm bao quanh một đĩa sáng trung tâm gọi là
đĩa Airy (Hình 1-7). Đường kính (d) của đĩa trung tâm tăng khi kích thước đồng tử
giảm theo phương trình:

18


Hình 1-7 - Hình nhiễu xạ bồi một lỗ trỏn nhỏ.
Điểm sáng trung tâm được gọi lả đĩa Aky.

d ® 2.44fX/a
trong đó:

X = bước sóng
a * đường kính của lỗ (đổng tử)

f = tiêu cự cửa quang hệ (mắt)

Phương trình này minh hoạ một tính chất khác của nhiễu xạ: các bước sóng dài
(màu đỏ) nhiễu xạ mạnh hơn các bước sóng ngắn (màu lơ), do đó tạo thành một
đĩa Airy đường kính lớn hơn. Độ phân giải tốt nhất có thể có được từ một dụng cụ
quang học bị giới hạn bởi sự nhiễu xạ. Khoảng cách tối thiểu có thể phân giải gần
bằng bán kính của đĩa Airy. Do hiện tượng này, kính viễn vọng thường tăng độ
phân giải khi độ mở của vặt kính tăng. Tuy nhiên, các kính thiên văn quang học
thích ống (ground-based astronomical telescope) đường kính trên 25 cm bị giới hạn
độ phân giải do nhiễu loạn khí quyển (hiện tượng này cũng tạo ra sự lấp lánh quen
thuộc của những vì sao). Kính viễn vọng không gian hoạt động trong khoảng chân
không ngoài khí quyển của trái đất sẽ không bị ảnh hưởng bởi những đỉều kiện khí
quyển.
Đĩa Airy ít khi thấy được trực tiếp (ngay cồ khỉ người quan sổt nhìn một nguồn
sáng nhỏ qua một đồng tử nhỏ), nguyên nhân thường do gỉác mạc và thể thuỷ tỉnh
không phải dạng cầu. Đằng cách này, nhỉiu xạ kết hợp với các quang saỉ khác để
tâng kích thước vòng nhoè trên võng mạc,
Do nhiễu xạ giôi hạn độ phân giải nhò nhất mà một quang hộ có th ỉ đạt được
nôn cố một độ chinh xác trong sản xuất các bộ phận quang học mà cao hơn nỏ thì
ảnh không cải thiên đáng kể. Giới hạn này được cho bôi tỉèu chuẩn Rayioỉgh: nếu
mặt sóng (wavefront) do quang hệ sính ra nhò hơn một phần tư bước sống của sự
hoàn hảo, thì việc cải thiện hơn nữa cũng khòng làm tâng độ phAn giải' Giới hạn

19


cho phép này được áp dụng trong thực hành khi đặt tiêu chuẩn sản xuất các bộ
phận quang học.
Sự tán xạ
Sự tán xạ ánh sáng xảy ra do những bất đồng đều trên đường đi của ánh sáng,

chẳng hạn các hạt hoặc vật thể ở trong một môi trường lẽ ra đồng nhất. Tán xạ
được tạo ra bởi các hạt rất nhỏ, chẳng hạn các phân tử trong khí quyển, được gọi là
tán xạ Rayleigh. Mặc dù tán xạ Rayleigh thường rất yếu, nó thay đổi theo bước
sóng, bước sóng càng ngắn thì tán xạ càng nhiều. Bầu trời có màu xanh vì ánh
sáng xanh từ mặt trời bị tán xạ nhiều hdn ánh nắng có bước sóng dài. Các hạt lớn
hơn, chằng hạn bụi trong không khí tán xạ ánh sáng nhiều hơn và ít phụ thuộc vào
bước sóng.
Sự tán xạ ánh sáng trong các mô của mắt có thể do nhiều tình trạng bệnh lí
khác nhau. Giác mạc mờ đục do nước quá nhiều trong nhu mô làm gián đoạn cấu
trúc colagen rất đều và sát của nhu mô. Ở mắt đục thể thuỷ tinh giai đoạn sớm, các
phân tử lớn của cấu trúc thể thuỷ tinh gây ra tán xạ. Hiện tượng Tyndall là do xuất
hiện protein trong thuỷ dịch.
Chất liệu gây tán xạ ảnh hưởng đến thị lực theo 2 cách. Ảnh hưởng thứ nhất là
loá mắt, chẳng hạn khi ánh sáng từ một nguồn như mặt trời hoặc một đèn pha từ
phía trước chiếu vào mắt, một phần ánh sáng bị tán xạ trong các môi trường của
mắt rơi vào võng mạc. Ánh sáng rơi vào trung tâm hoàng điểm gây giảm tương
phản và làm mờ chi tiết trong ảnh. Ảnh hưởng thứ hai, đặc biệt quan trọng khi tán
xạ mạnh, là giảm lượng ánh sáng để tạo ra ảnh trên võng mạc.
Sự phản xạ
Các định luật phản xạ của tia sáng và sự tạo ảnh được trình bày ở chương II
(Quang hình' học).
Độ phản xạ ở mặt phân cách 2 môi trường phụ thuộc trước hết vào chênh lệch
chiết suất giữa môi trường thứ nhất và môi trường thứ hai. Mặt phân cách không
khí-kính phản xạ khoảng 4% (ánh sáng tới thằng góc). Mặt phân cách không khígiác mạc phản xạ khoảng 2%, còn mặt phân cách giác mạc-thuỷ dịch chì phản xạ
khoảng 0,02%.
Phản xạ ở mặt phân cách còn phụ thuộc rất nhiều vào góc tới. Hình 1-8 cho
thấy phân cực càng nhiều hơn khi góc tới chéo. Ở một góc tới đặc biệt (gọi là góc
Brevvster) của mỗi mặt phân cách, chì có một dạng phân cực được phản xạ.
Hiện tượng một dạng phân cực phản xạ nhiểu hơn các dạng khác giúp cho kính
râm phân cực có thể ngăn chặn ánh sáng phản xạ như đã được giải thích ở phần

nói về phân cực và ở trang sau đây.

20


10

Hình 1-8 - Sự phản xạ bỏi một mặt thuỷ tinh trong không khí phụ thuộc vào góc tới (0). Kí híôu 1
biểu thị sự phân cực vuông góc với mạt phẳng tới. Kí hiệu II biểu thị sự phân cực song song vớí
mặt phẳng tới. Khi tỉa tới vuông góc (90°), hệ số phản xạ đạt 100%. Trong thí dụ này, thuỷ tính
có chiết suất bằng 1,51, góc Brevvster của chiết suất này là 56,5°. Tại góc Brevvster (0B), phản
xạ của ỉhành phần song song hầu như bằng 0.

Phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi ánh sáng tới theo một góc nghiêng từ
một môi trường chiết suất cao sang một môi trường chiết suất thấp hơn (xem phần
Phản xạ trong toàn phần, Chương II). Cơ sở của sự truyền ánh sáng trong quang
học sợi (tiberoptics) là phản xạ toàn phần ỏ mặt trong của sợi. Sợi quang thường
gồm một phần lõi thuỷ tinh lõi chiết suất cao bao quanh là một lớp thuỷ tinh chiết
suất thấp hdn. Phản xạ toàn phẩn xảy ra ở mặt phân cách giữa 2 lớp thuỷ tinh. Mặt
phân cách này phải không có bụi, bẩn, và không tiếp xúc với bất kì chất liệu nào
khác có thể làm giảm phản xạ toàn phần.
Phản xạ từ các kim loại như bạc hoặc nhôm có thể cao tới 85%-95%. Cũng
như với các chất liệu khác, hệ số phản xạ tăng theo góc tới. Các gương dùng trong
dụng cụ nhãn khoa thường gồm một lớp nhôm (đã được làm bay hdi trong chân
không) phủ trên một nền thuỷ tinh sau đó được bọc bằng một màng mỏng chất liệu
trong suốt bảo vệ như Silicon monoxit để chống oxy hoá và trầy xước bề mặt nhôm.
Gương nửa trong suốt, đôi khi được dùng như gương một chỉều, thường gồm
một lớp kim loại đủ mỏng để truyền qua một phần nhỏ ánh sáng tới. Chúng không
hiệu suất 100% ở chỗ một phẩn đáng kể ánh sáng cũng bị hấp thụ. Trong các ứng
dụng quan trọng, gương phản xạ một phẩn có thể được làm bằng các chất liệu

khác để chỉ có một phần nhỏ ánh sáng bị tổn thất do hấp thụ.
Phản xạ của kim loại làm phân cực một phần ánh sáng phản xạ. Cũng như các
chất liệu khác, thành phẩn vuông góc phản xạ mạnh hdn thành phần song song.
Tuy nhiên, với các kim loại thì không có góc tại đó chĩ có một dạng phân cực bị
phản xạ. Do đó, sự phân cực của ánh sáng phản xạ không bao giờ hoàn toàn.

21


Sự truyền và sự hấp thụ
Sự truyền (transmỉssion) là sự di chuyển của năng lượng bức xạ qua một môí
trường hoặc khoảng không. Nó được đo bằng đơn vị hệ số truyền, tức là phán trăm
của năng lượng có thể đi qua một nrtôi trường. Đối với các chất hấp thụ, hộ 8Ố
truyền thường là một hàm của bước sóng.
Sự hấp thụ (absorption) thường được biểu diễn bằng mật độ quang (OD), Mật
độ quang bằng 1 có nghĩa là hệ số truyển bằng 10%. Các giá trị khác là 2 (0,01) =
1%, và 3 (0,001) = 0,1%.
Nói chung, biểu thức của mật độ quang là OD = log 1/T, trong đó T là hộ số
truyền (Xem thêm về các thấu kính hấp thụ trong Chương IV: Đo khúc xạ trôn lâm
sàng).
Sự chiếu sáng (illumination)
Ảnh sáng được đo định lượng bằng 2 cách. Đo bức xạ (radiometry) là đo cường độ
ánh sáng, đơn vị Cd bản là oát. Thí dụ độ chiếu xạ (irradiance) trên một mặt là số
oát trong một mét vuông tới vuông góc với mặt đó.
Đo quang (photometry) là đo ánh sáng bằng các đơn vị dựa trên đáp ứng của
mắt. Đơn vị cơ bản là candela (thay thế chính xác hơn cho đơn vị cũ là nến
“candle”). Một nguồn điểm có công suất 1 candela phát ra tổng số 4n (tức là «
12,6) lumen. Độ rọi (ilỉuminance) trên một mặt là số lumen trong một mét vuông tới
vuông góc với mặt đó. Độ chói (luminance) của một mặt là lượng ánh sáng phản xạ

hoặc phát ra bởi mặt đó.
Nếu biết cường độ của một nguồn sáng bằng oát thì có thể xác định được độ
rọi bằng lumen không? Có thể được, với điều kiện là ta biết tính chất quang phổ
của đèn đó, tức là cường độ ở mỗi bước sóng. Lấy cường độ ở mỗi bước sóng nhân
với độ nhạy cảm của mắt với bước sóng đó, tổng cộng các kết quả sẽ là đáp ứng
chung của mắt đối với ánh sáng từ nguồn đó. Thí dụ, nếu nguồn sáng là đơn sắc
và bước sóng tại điểm cao nhất của độ nhạy cảm của mắt trong điều kiện thích ứng
sáng là 555 nm thì hệ số chuyển đổi là 685 lumen/oát. ở các bước sóng khác thì
hệ số này thấp hơn, tụt xuống xấp xì bằng 0 ở 400 và 700 nm (Hình I-9 và 1-10).
Apostỉlb là độ chói của một mặt khuếch tán lí tưởng, tức là phát ra hoặc phản
xạ 1 lumen trong một mét vuông. Đơn vị này được dùng trong đo thị trường trong
đó độ chói của nền và của vật tiêu thường được ghi bằng apostilb.
Độ sáng (brightness) là một thuật ngữ chủ quan thường dùng để chỉ cảm giác

tạo ra bởi một độ rọi nhất định trên võng mạc. Các thuật ngữ dùng trong đo bức xạ
và đo quang được tóm tắt trong Bảng 1-1.

22


r NguồrT
[nănglượn^_

Hlnh 1-10 - Lượng năng lượng (Wx) ở mỗi bước
sóng (kx) cần thiết để hợp với độ sáng chuẩn
trong sơ đổ của Hình I-9. Đường cong này ngược
với đường cong độ sáng quen thuộc trong điểu
kiện có ánh sáng. Hiệu suất năng lượng lớn nhất
là khoảng giữa của phổ nhìn thấy, ỏ bước sóng
555 nm.

Hình 1-9 - Sơ đổ đo độ nhạy cảm quang phổ
của mắt. Bệnh nhân đã thích ứng sáng. Đối với
Xt, cần một lượng năng lượng nhất định (Wx)
để hợp với độ sáng chuẩn. Lúc này có thể
dựng được một đưòng cong từ wxđối vớỉ X*.

Nhà lâm sàng cần quen với các mức chiếu sáng thường được các kĩ sư ánh
sáng đề nghị (Bảng I-2). cần chú ý rằng đơn vị fút-nến là một số đo cường độ ánh
sáng tác động lên một bề mặt chứ không phải ánh sáng phản xạ vào mẳt. Một
bóng đèn 100 oát lí tưởng cho độ chiếu sáng khoảng 600 fút-nến cách 3 fút (0,9 m)
và 150 tút nến cách 6 fút (1,8 m).
Những kiến thức cớ bản vế laser
Laser là chữ viết tắt của cụm từ Light Amplitication by stimulated Emission of
Radiation (khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích), cụm từ này nêu rõ những
sự kiện chính của quá trình sinh ra ánh sáng laser. Theo trình tự đơn giản hoá nhất,
một nguồn năng lượng kích thích các nguyên tử trong môi trường hoạt động (chất
khí, chất đặc, chất lỏng) để phát ra một bước sóng ánh sáng đặc biệt. Ấnh sáng
sinh ra được khuếch đại nhờ một hệ thống phản hồi quang học nó làm cho chùm
sáng phản xạ qua Ịại trong môi trường hoạt động để làm tẽng độ đổng pha cho đến
khi ánh sáng được phát ra là một chùm tia laser. Quá trình này sẽ được mô tả chi
tiết ỏ phần sau.
Các tính chất của ánh sáng laser
Laser chỉ là một trong nhiều nguồn năng lượng ánh sáng. Tuy nhiên, những tính
chất độc đáo của ánh sáng laser làm cho nó đặc biệt thích hợp cho nhiều ứng dụng
y học. Những tính chất này là: đơn sắc, đồng hướng, đồng pha, phân cực, và cường
độ.

23

BẢNG 1-1
CÁC KIỂU ĐO ÁNH SÁNG CHỦ YỂU

ĐO QUANG

ĐO BỨC XẠ
MÔ TÀ

KIỂU

ĐƠN VỊ

KIỂU

ĐƠN VỊ

Lượng ánh sáng đi

Thông lượng bức xạ

oát =

Quang thông

Lumen
(một nến phát ra

jun/giây

ra từ một nguồn hoặc

4n Im)

đi qua một vùng không gian

Ánh sáng phát ra

oáưsteradian

Cường độ sáng

1 candela* =

(1 sr = 1 đv góc khối)

(sức nến)

1 Im/sr

Độ chiếu xạ

oáưm2

Độ rọi

1 lux = 1 lumen/m2

Độ bức xạ

oát/steradian/m2

Độ chói

1 apostib = (1/n)

Cường độ bức xạ

trên đơn vị góc khối

Lượng ánh sáng
trên một đơn vị diện tích
tới vuông góc với một mặt
hoầc tai môt ảnh

ánh sáng phản xạ
hoặc phát ra bởi một mặt

Iumen/m2/sr

trên một đdn vị diện tích

1 tút lambert =

và trong một đơn vị góc khối

(1/7t) lumen/fút vuông/sr

Độ rọi ở võng mạc,

Độ rọi

Troland (độ chói của

được điều chỉnh
theo kích thước đồng tử

võng mạc

1 nến/m2 được nhìn
qua 1 mm2 đồng tử)

TT\ộl n ế n c h u ẩ n Vrrvòi') đ ư ợ c g ọ i \ à c a n d e l a


BẢNG 1-2
CAC MỨC CHIẾU SÁNG Được ĐỀ NGHỊ
150 fút-nến
70 fút-nến

Văn phòng, nhà bấp
Đọc sách
Phòng đo thị lực:
Đảng thị lực treo tường
Máy chiếu bảng thị lực
Bàn mổ

25-50 fút-nến
10 fút-nến
2500 fút-nến

Laser phát ra ánh sáng ở chì một bước sóng hoặc đôi khi ở vài bước sóng có
thể tách biệt dễ dàng, do đó chùm ánh sáng thu được là “thuần tuý” hoặc đơn sắc.
Mặc dù độ rộng bước sóng không phải là vô cùng nhỏ, đường bức xạ (emỉssion
line) của ỉaser khí có thể chỉ nhỏ bằng 0,01 nm (so với độ rộng bước sóng của ánh
sáng trắng là 300 nm). Trong điều kiện tốt nhất, một kính lọc có thể giảm độ truyền
ánh sáng trắng tới một khoảng màu (độ rộng của dải) 5 nm trong khi loại bỏ hầu
như toàn bộ năng lượng của ánh sáng trắng. Trong y học, có thể dùng màu của
ánh sáng để tăng cường sự hấp thụ hoặc sự truyền ở một mô đích có một phổ hấp
thụ nào đó. Đặc trưng bước sóng của một laser lớn hơn rất nhiều đặc trưhg hấp thụ
của sắc tố trong các mô. Ngoài ra, ánh sáng đơn sắc không bị ảnh hưởng bởi sắc
sai ở các hệ thấu kính. Do đó, ánh sáng đơn sắc có thể được hội tụ vào một tiêu
điểm nhỏ hơn so với ánh sáng.trắng.

Tính chất thứ hai của ánh sáng laser là đồng hướng (directionality). Laser phát
ra một chùm sáng hẹp toả ra rất chậm. Như sẽ phân tích ở phẩn sau, laser chì
khuếch đại những photon đi theo một đường rất hẹp giữa 2 gương. Quá trình này là
một cd chế rất hiệu quả cho ánh sáng chuẩn trực. Ở một laser điển hình, sau mỗi
quãng đường 1 m thì đường kính chùm tia tăng thêm khoảng 1 mm. Tính đổng
hướng giúp cho dễ dàng thu được toàn bộ năng lượng ánh sáng của một hệ thấu
kính đơn và hội tụ ánh sáng này thành một điểm nhỏ.
Đổng pha (coherence), nghĩa là toàn bộ năng lượng được truyển từ nguồn đều
cùng pha, là thuật ngữ gắn bó nhất với laser (xem Hình I-4 và phần trước: Sự giao
thoa và đổng pha). Ánh sáng laser chiếu lên một mặt thô sinh ra một hình ảnh lấp
láy đặc trưng gọi là đốm laser (laser speckle). Hiện tượng này là do sự phản xạ
không đểu của ánh sáng đổng pha cao tạo ra những hình (hoặc đốm) giao thoa
không đều. Tính đồng pha của ánh sáng ỉaser được dùng để tạo ra các vân giao
thoa trong giao thoa kế laser dùng trong chẩn đoán nhãn khoa. Trong laser điểu trị

nhãn khoa, tính đồng pha (cũng như tính đổng hướng) rất quan trọng bởi vì nó cải

thiện tính chất hội tụ chùm tỉa.

25


Nhiéu loại laser phát ánh sáng phân cực thẳng. Phân cực là một khía canh
khác của tỉnh đổng pha. Tính phân cực trong hệ thống laser cho phép ánh San
truyổn tối đa trong mồi trường laser mà không bị mất mát do phản xạ. Tính phâ
cực đặc híộu của chùm sáng hiện chưa được ứng dụng trong y học.
Trong háu hết các ứng dụng y học, tính chất quan trọng nhất củajasẽr lé
cường độ. Cường độ là năng lượng của một chùm có kích thước góc nhất định và
yếu tố tương quan vật lí của sự nhận thức “độ sáng” là cường độ trên đơn vị diên
tích. Trong các ứng dụng laser y học, 4 thuật ngữ quan trọng của đo bức xạ lànăng lượng (J), công suất (W), mật độ năng lượng bức xạ (J/cm2)f và độ chiếu xa
(W/cm2)(Bảng 1-3). Công suất của laser được định lượng bằng jun hoặc 0át. Cấn
nhớ lại rằng năng lượng là công còn công suất là tốc độ mà công được thực hiện. 1
jun = 1 oát X 1 giây, hoặc 1 w = 1 J/giây. Do đó, tác dụng laser ở mô được xác định
bằng kích thước vết ở tiêu điểm, nó xác định mật độ năng lượng và độ chiếu xạ
(hoặc được gọi không chỉnh xác là “mật độ công suất”). Trong laser nhăn khoa,

kích thước vết thưởng tính bằng đường kính. Do đó, một vết đốt 50 jum có diện tích
bằng n(25 X 10*4)2cm2, tức là khoảng 2 X 10‘6cm2.
ở hộ thống ỉâser chùm sáng liên tục (chẳng hạn Argon và Krypton) đổng hổ đo
của bảng điểu khiển cho biết công suất bằng oát, trong khi đó ở laser xung (chẳng
hạn Nd:YAỠ) bảng điểu khiển cho biết năng lượng mỗi xung bằng đơn vị jun. Đặc
điểm kĩ thuật này rất tiện lợi vỉ chùm laser liên tục có một công suất hằng định,
nhưng năng lượng thay đổi theo chế độ cửa chắn (thí dụ, 100 mW trong 0,2 giây
cho năng lượng 20 mJ). Trong trưởng hợp laser xung, chùm tia gián đoạn và có
cưởng độ thay đổi trong quá trỉnh phát xung, do đó có cả công suất trung bình và
công suất đỉnh. Tuy nhiên, một xung riêng lẻ cho một lượng năng lượng xác định có
thể đo được dễ dàng. Khi biết 2 trong 3 biến số (năng lượng, công suất và thời

gian) có thể dễ dàng tính được biến số thứ ba.

BẢNG I-3
CÁC THUẬT NGỮ ĐO Bức XẠ DÙNG TRONG LASER Y HỌC
_________ THUẬT NGỮ__________

ĐƠN VỊ

Nâng lượng bức xạ
Công suất bức xạ
Mật độ nâng lượng bức xạ
Độ chiếu xạ
Cường độ bức xạ
Độ bức xạ

:

jun*
oát
jun/cm2
oát/cm2
oát/sterad**
oáưsterad/cm2

* 1 jun * 1 oát X 1 giây

** steradian là đơn yị góc khối. Một hỉnh cầu có 4n steradian.

26

v‘